The Structural Engineer's Corner

Eng. Onorio Francesco Salvatore

Interventi strutturali di adeguamento statico su un porto di rilievo nazionale

Written By: Francesco Salvatore Onorio - May• 28•11

Il lavoro dell’ingegnere strutturista non è fatto solo di numeri ma bensì anche di conoscenza di tecniche costruttive. Nell’articolo di oggi, che viene catalogato nella sezione “Applicazioni reali“, desidero mostrare un intervento realmente eseguito, e di cui mi sono occupato personalmente per gli aspetti strutturali, su un importante porto italiano. L’affluenza ed il tipo di scalo sono dati fondamentali in quanto servono per definire le sollecitazioni sulla struttura principale ed il tiro massimo sulle bitte. Quest’ultimo, in particolare, può dare luogo a dettagli costruttivi che possono incidere anche in maniera significativa sul costo totale dell’intervento.

La banchina del complesso portuale in questione era di vecchia costruzione e danneggiata durante una forte mareggiata. Qui di seguito voglio mostrare le soluzioni ed i vari step operativi necessari per l’adeguamento statico. Nei successivi articoli tratteremo invece il dimensionamento strutturale, con esempi di calcolo, dei vari elementi costituenti la struttura portuale.

Per capire meglio l’intervento pensato è opportuno visionare anzitutto le condizioni pre-progetto. Nella prima immagine, che segue, la banchina è mostrata nelle sue condizioni originarie, con il fronte costituito da materiale ammalorato e lacune,  la porzione superficiale non pavimentata e disposta su brecciame calcareo ed una serie di arredi instabili, in cattive condizioni o comunque da sostituire.

 

 

 

 

 

 

In alcune porzioni i dissesti erano evidenti, mostrando ampie parti di banchina trascinate in mare dalla violenta mareggiata avvenuta anni prima.

 

 

 

La piccola porzione iniziale della banchina, lunga in totale 300 metri, si presentava in buono stato e non necessitava di interventi, fatta eccezione per alcuni arredi instabili, fortemente degradati ed ormai privi della loro funzione originaria.

 

 

Come adeguare staticamente le strutture della banchina? Una delle possibili soluzioni consiste nell’impiego di micropali – questa soluzione è risultata la più vantaggiosa per vari aspetti.

Si dinstinguono quindi due tipi di pali:

1. quelli impiegati sul fronte della banchina (sulla cui funzione si dirà di più nel seguito);

2. quelli impiegati per consolidare il corpo della stessa.

 

Nell’immagine che segue sono mostrate le condizioni originarie (la disposizione del materiale di fronte banchina – sulla quale avrei non pochi dubbi per quanto riguarda la statica – è stata ipotizzata da chi ha redatto il rilievo). Per una migliore visione, cliccate sull’immagine per ingrandire.

 

Veniamo agli interventi: essi consistono innanzitutto nell’adeguamento strutturale del fronte banchina mediante una doppia fila di micropali Ø250 mm posta in aderenza alla banchina esistente, opportunamente infissa nel fondo marino previo attraversamento delle eventuali sporgenze dal filo banchina e collegate in testa mediante cordolo. Successivamente, si consolida il corpo della banchina mediante una serie di micropali Ø250 mm e micropali valvolati Ø150 mm.

L’intervento è poi completato dalla realizzazione di un cunicolo sottoservizi lungo il fronte banchina, dalla pavimentazione dell’intera area e dalla fornitura e posa in opera di elementi di arredo quali bitte e fender.

Propedeutici agli interventi descritti vi sono poi opere quali la rimozione delle strutture dissestate in stato precario e l’esecuzione di una bonifica bellica. Per quest’ultima, in particolare, si distingue:

– la bonifica bellica subacquea profonda da mare eseguita sull’asse delle paratie;

– la bonifica bellica superficiale eseguita nell’intera area d’intervento fino a 100 cm dal piano di campagna;

– la bonifica bellica profonda su terraferma eseguita nell’area interessata dall’infissione dei pali.

 

Sostanzialmente, le opere principali che compongono l’intervento nel suo complesso possono sintetizzarsi in quanto segue:

– disgaggio di eventuali porzioni instabili del paramento esterno della banchina;

– esecuzione della bonifica bellica;

– esecuzione di micropali al ciglio della banchina;

– consolidamento del corpo della banchina con le iniezioni in pressione, partendo dall’allineamento a maggiore distanza dal giglio e procedendo progressivamente verso di esso;

– esecuzione dei micropali subito a tergo del paramento ed eventuale sigillatura dei vuoti esistenti;

– realizzazione delle fondazioni delle bitte e dei relativi tiranti;

– posa in opera di elementi di arredo.

 

Qui di seguito lo schema della bonifica bellica:

 

Nello schema vengono rappresentati due tipi di bonifiche:

1. terrestri;

2. marine.

 

Le terrestri sono state suddivise in:

1.1. superficiali;

1.2. profonde.

 

Le bonifiche belliche superficiali servono per individuare la presenza di ordigni nello strato superficiale dell’area. In particolare, essa consiste nella ricerca, localizzazione ed eliminazione di tutte le masse ferrose e di ordigni fino a 100cm di profondità dal piano campagna. Le zone da indagare vengono suddivise in campi e successivamente in strisce e poi vengono esplorate a mezzo di metal detector; uno degli strumenti più utilizzati è il metal detector della FOERSTER (approvato dal Ministero della Difesa).

 

La bonifica da ordigni bellici profonda viene eseguita nelle zone interessate da scavi, rilevati, ed opere permanenti. Sulle aree da indagare si eseguono perforazioni nel terreno secondo una maglia ideale di 2,80×2,80mt corrispondenti al raggio di investigazione dell’apparato rilevatore (metal detector). In caso di rilevamento di una massa ferrosa si procede allo scavo di avvicinamento all’ipotetico ordigno fino alla sua individuazione. Le successive fasi di rimozione e disinnesco dell’ordigno sono di esclusiva competenza delle Autorità Militari. La strumentazione per eseguire questo tipo di bonifica è la stessa utilizzata per la bonifica superficiale con l’ausilio di una trivella meccanica collegata ad un escavatore.

 

 

Torniamo al progetto in esame.

OPERAZIONI FASE 1:

A) Disgaggio di eventuali porzioni instabili del paramento esterno della banchina;

B) bonifica bellica subacquea profonda su fasce larghe m 2.80 eseguita in asse paratia fino alla quota massima di infissione;

C) bonifica bellica superficiale su fasce eseguita fino alla profondità di m 1.00;

D) bonifica bellica profonda su terraferma su aree di mq. 2.80 x 2.80 eseguita fino alla profondità di interesse dei pali.

 

La bonifica bellica superficiale si rende necessaria per l’esecuzione in superficie di un nuovo calpestio ed i cavidotti, mentre quella profonda si rende necessaria per l’infissione di pali di consolidamento.

 

Passiamo alla fase 2, in cui vengono realizzate le nuove strutture.

OPERAZIONI FASE 2:

E) Realizzazione dei micropali piede banchina Ø250 armati con tubo di acciaio Ø168.3 sp. 10mm – L=18 mt – interasse = 30cm.

 

Questi micropali caratterizzano il nuovo fronte della banchina facendo anche da argine a tutto ciò che è retrostante.

Prestiamo attenzione ad un aspetto importante: la soluzione progettuale sopra descritta scaturisce non solo dalla necessità di consolidare le banchine oggetto del lavoro in esame, il che costituisce indubbiamente lo scopo primario dei lavori stessi, ma anche da quella di assicurare la migliore durabilità, e quindi l’efficacia, degli interventi. Circa quest’ultimo aspetto, si evidenzia che nella definizione della soluzione adottata si è tenuto debitamente conto anche dei fenomeni erosivi che potrebbero interessare i terreni di sedime delle banchine in oggetto, quali peraltro già riscontrati in corrispondenza di altre strutture portuali  e che hanno comportato l’insorgere di significative problematiche anche di carattere statico, che nel caso specifico potrebbero essere esaltati dagli effetti dinamici indotti dalle eliche delle navi. Per prevenire quindi il possibile richiamo di materiale sabbio-limoso verso il lato mare, si è ritenuto indispensabile prevedere la creazione di una sorta di “barriera” continua a protezione del piede delle banchine in oggetto, che ha anche l’effetto benefico di salvaguardare il fronte delle banchine durante le operazioni di dragaggio per il ripristino della quota di fondale originaria.

 

Dopo aver realizzato la paratia di micropali, è necessario collegare in testa tutti gli elementi infissi. Il collegamento avviene mediante un cordolo di sommità, come mostrato nell’immagine che segue:

 

OPERAZIONI FASE 3:

F) Realizzazione cordolo di testa (parziale) dei micropali avente sezione 1.05 x 0.80m.

 

Realizzati e collegati i pali si passa alla banchina vera e propria, rimuovendo l’esistente nalla porzione superficiale (in cui, come visto, si è realizzata una bonifica bellica).

OPERAZIONI FASE 4:

G) Rimozione struttura preesistente banchina e scavo alla quota di m +1.00 (zona cunicolo) e ~ +0.30 (zona solettone).

 

Completata l’operazione di scavo, si realizza uno strato che faccia da letto per i cunicoli dei servizi.

OPERAZIONI FASE 5:

H) Realizzazione strato di riempimento in misto cementato sottostante il cunicolo sottoservizi.

 

Eseguiti gli scavi superficiali e realizzati il letto di posa per i cunicoli, si procede con l’esecuzione dei pali interni di consolidamento.

 

OPERAZIONI FASE 6:

I) Consolidamento del corpo della banchina con le iniezioni in pressione, partendo dall’allineamento a maggiore distanza dal ciglio e procedendo progressivamente verso di esso;

L) Esecuzione dei micropali subito a tergo del paramento ed eventuale sigillatura dei vuoti esistenti.

Sostanzialmente, il corpo della banchina, per una estensione di 6.0 m circa dal suo ciglio, viene consolidato mediante iniezioni cementizie attraverso tubi in acciaio ø114.3/8 mm con valvole a manchettes (min 1 valvola/m) della lunghezza di 14 m e disposti a quinconce con maglia equilatera di lato pari ad 1.20 m. L’iniezione avviene valvola per valvola utilizzando un idoneo doppio packer. Si sottolinea al riguardo che l’effettivo raggio di influenza delle iniezioni deve essere verificato in sito mediante un apposito campo prova preliminare.

 

Nella fase successiva viene realizzato il corpo della banchina.

 

OPERAZIONI FASE 7:

M) Posa in opera strato di magrone – realizzazione rete di scarico acque;

N) Realizzazione cunicolo sottoservizi e solettone della banchina.

 

Infine, non resta che disporre il nuovo arredo:

OPERAZIONI FASE 8:

O) Posa in opera di bitte e fenders.

 

 

La configurazione finale è la seguente:

 

Apriamo una piccola parentesi: in linea teorica e di principio, la soluzione più semplice per la prevenzione dell’erosione al piede e protezione del paramento potrebbe sembrare, almeno in prima istanza, quella rappresentata dall’infissione, operando da mare, di una serie di palancole metalliche. Tale soluzione, in effetti, è abbastanza comune ed adottata nell’ambito di questo tipo di interventi, ma nel caso specifico si è giunti però alla conclusione che, sul piano pratico ed operativo, oltre che per evitare probabili intoppi in fase di esecuzione dei lavori con tutti gli aggravi in termini di tempo ed economici nonché eventuali contenziosi veri e propri, essa debba essere in realtà scartata.

L’adozione delle palancole, infatti, costituisce inevitabilmente una soluzione estremamente “rigida”, nel senso che non consente modifiche di sorta per adeguarsi ad eventuali variazioni delle condizioni al contorno, che nel caso in esame non possono non essere considerate possibili. E’ alquanto probabile, in particolare, che in corrispondenza del piede della banchina preesistente, o almeno di una sua parte, siano ancora presenti dei massi guardiani, ovvero che nell’ambito dei materiali da dragare siano presenti elementi litici di varia natura, anche di grandi dimensioni, provenienti per esempio proprio dal progressivo degrado e disfacimento della banchina stessa, che renderebbero di fatto problematica, se non impossibile, la corretta infissione delle palancole secondo lo scopo prefisso.

 

Si osserva inoltre quanto segue:

• attraverso la disposizione mostrata è possibile realizzare una barriera pressoché continua, che pertanto consente di proteggere adeguatamente il fronte banchina in fase di dragaggio e di prevenire in modo efficace, o quanto meno ridurre drasticamente, l’effetto dell’erosione al piede;

• l’esecuzione dei micropali richiede l’utilizzo di macchinari di dimensioni e peso ridotte, e non dà luogo a vibrazioni significative;

• si ha nel contempo la certezza di poter effettivamente realizzare l’intervento, a prescindere dalla natura dei materiali presenti sul fondale.

 

Ovviamente, particolare attenzione deve essere riposta nelle opere di completamento, come le bitte:

 

Bisogna dunque studiarsi per bene quali sono le imbarcazioni che possono attraccare al molo e prevedere quindi quale può essere il massimo tiro sulle bitte. Essendo quella in esame una banchina di uno dei principali porti italiani, è possibile avere sforzi elevati su questi elementi, con possibili distacchi se non si provvede ad un opportuno ancoraggio.

Una soluzione adottabile, prevede la realizzazione di una apposita struttura di fondazione resa del tutto indipendente dal resto della banchina nel suo complesso. In corrispondenza di ogni bitta, infatti, viene realizzata una sorta di plinto di fondazione giuntato rispetto alla soletta superiore, della quale manterrà inalterato lo spessore. Mentre l’eventuale componente verticale del tiro, peraltro di ridotta entità, verrà assorbita dai micropali che saranno eseguiti lungo il ciglio della intera banchina, l’azione orizzontale trasmessa alla bitta viene affidata ad una coppia di tiranti di ancoraggio del diametro nominale non inferiore a 120 mm ed armati con barra di acciaio ø26.5 a filettatura continua tipo Dywidag o analoga con doppia protezione contro la corrosione. Detti tiranti vengono inclinati di 20° rispetto all’orizzontale, ed avranno pari angolazione, ma su lati opposti, rispetto alla normale alla banchina. La loro lunghezza complessiva nel caso in esame è pari a 20 m, di cui i primi 14 m liberi, in modo da non trasferire alcuna azione né al corpo della banchina né al cuneo di spinta retrostante; gli ultimi 6.0 m costituiscono l’ancoraggio vero e proprio, da iniettarsi a pressione. In accordo con le norme vigenti, si sottolinea che il carico limite dei tiranti, che in questa fase è stato necessariamente determinato attraverso formulazioni teoriche, deve essere comunque verificato sperimentalmente mediante l’esecuzione di un apposito campo prove preliminare.

 

Questo è tutto per quanto riguarda le tecniche costruttive e le fasi operative. Nei successivi articoli su questo specifico argomento si illustreranno i criteri di calcolo ed il dimensionamento dei vari elementi strutturali suddetti.

 

Per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare l’autore a:

onorio@strutturista.com

Ing. Onorio Francesco Salvatore


Nella prima immagine, che segue, la banchina è mostrata nelle sue condizioni originarie, con il fronte costituito da materiale ammalorato (la parte sottostante è stata solamente ipotizzata da chi ha eseguito le indagini e la configurazione presentata lascia non pochi dubbi sulla statica dell’esistente…), la porzione superficiale non pavimentata e disposta su brecciame calcareo ed una serie di arredi instabili, in cattive condizioni o comunque da sostituire.

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6 Comments

  1. Valerio says:

    Buongiorno ing. Onorio,
    un mio professore all’università diceva che nella vita non si smette mai di imparare e seguo quindi molto volentieri il suo sito perché ogni volta trova spunti interessanti di discussione.

    Valerio.


  2. Mi trovi d’accordo. Nella vita non si smette mai di imparare cose nuove, lo sperimentiamo ogni giorno. E ogni nuova conoscenza è un prezioso arricchimento.
    Grazie per la stima.

    Cari saluti.
    Francesco

  3. StudioFerrante says:

    molto interessante. aspetto di leggere il resto (in particolare micropali e bitte).


  4. Entro lunedì prossimo sono sicuro di poter mettere la seconda parte.

    Il sito è solo una passione, di conseguenza ad esso va destinato il tempo che rimane da lavoro e famiglia.

    Sono felice che l’articolo sia stato di interesse.

    Francesco

  5. Renata says:

    ottimo articolo!

  6. Nicola D. says:

    Ciao Francesco, attendo con molto interesse la parte riguardante il calcolo strutturale e mi aggiungo ai curiosi sul nome dell’opera (anche se credo di aver capito di quale si tratti).

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